(57)【要約】【課題】固体の粒子を安定的にを昇華させることが可能な気化器を有する成膜装置を提供する。【解決手段】チャンバー内に設置された基板に、気化した第１の物質と気化した第２の物質とを供給し反応させることにより前記基板上に第３の物質の膜を形成する成膜装置において、常温では固体である前記第１の物質を気化させて供給するための気化器を有しており、前記気化器は、前記第１の物質の粒子を供給するための供給部と、前記供給部の下部に設けられた段部を有する傾斜状の加熱部と、を有し、前記第１の物質の粒子は、前記段部を有する傾斜状の加熱部において気化されるものであることを特徴とする成膜装置を提供することにより上記課題を解決する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内に設置された基板に、気化した第１の物質と気化した第２の物質とを供給し反応させることにより前記基板上に第３の物質の膜を形成する成膜装置において、
常温では固体である前記第１の物質を気化させて供給するための気化器を有しており、
前記気化器は、前記第１の物質の粒子を供給するための供給部と、
前記供給部の下部に設けられた段部を有する傾斜状の加熱部と、
を有し、前記第１の物質の粒子は、前記段部を有する傾斜状の加熱部において気化されるものであることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記加熱部は円錐形状または角錐形状であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記第１の物質の粒子は前記加熱部の円錐形状または角錐形状の頂上部より供給されるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記加熱部の各々の段部における水平方向の幅は、前記第１の物質の粒子の平均粒径の１／２以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項５】
前記加熱部の頂上部には凹部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項６】
前記加熱部の下端近傍より、窒素または不活性ガスを含むキャリアガスが供給されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項７】
前記気化器において前記第１の物質が気化し、前記チャンバーへと供給される供給口は、前記キャリアガスの供給口よりも上部に設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項８】
前記第１の物質の粒子の平均粒径は、２５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項９】
前記第１の物質はＰＭＤＡであり、前記第２の物質はＯＤＡであり、前記第３の物質はポリイミドであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記加熱部は、２６０℃以上に加熱されていることを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。
【請求項１１】
常温では固体の粒子を気化させる気化器において、
前記固体の粒子を供給するための供給部と、
前記供給部の下方に設けられた段部を有する傾斜状の加熱部と、
を有し、
前記固体の粒子は、前記段部を有する傾斜状の加熱部において気化されることを特徴とする気化器。
【請求項１２】
前記加熱部は円錐形状または角錐形状であることを特徴とする請求項１１に記載の気化器。
【請求項１３】
前記固体の粒子は前記加熱部の円錐形状または角錐形状の頂上部より供給されるものであることを特徴とする請求項１１または１２に記載の気化器。
【請求項１４】
前記加熱部の各々の段部における水平方向の幅は、前記固体の粒子の平均粒径の１／２以上であることを特徴とする請求項１１から１３のいずれかに記載の気化器。
【請求項１５】
前記加熱部の下端近傍より、窒素または不活性ガスを含むキャリアガスが供給されることを特徴とする請求項１１から１４のいずれかに記載の気化器。
【請求項１６】
前記固体の粒子はＰＭＤＡ粒子であることを特徴とする請求項１１から１５のいずれかに記載の気化器。
【請求項１７】
コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から１０のいずれかに記載の成膜装置を制御するための制御プログラムであって、前記気化器において前記第１の物質の粒子の供給量を制御させることを特徴とする制御プログラム。
【請求項１８】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から１０のいずれかに記載の成膜装置を制御するための制御プログラムであり、
前記気化器において前記第１の物質の粒子の供給量を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置、気化器、制御プログラム及びコンピュータ読取可能な記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスに用いられる材料は、近年無機材料から有機材料へと幅を広げつつあり、無機材料にはない有機材料の特質等から半導体デバイスの特性や製造プロセスをより最適なものとすることができる。
【０００３】
このような有機材料の１つとして、ポリイミドが挙げられる。ポリイミドは密着性が高く、リーク電流も低いことから絶縁膜として用いることができ、半導体デバイスにおける絶縁膜として用いることも可能である。
【０００４】
このようなポリイミド膜を成膜する方法としては、原料モノマーとして、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ：pyromellitic dianhydride）と４，４'−オキシジアニリン（ＯＤＡ：4,4'-oxydianiline）を用いた蒸着重合による成膜方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
この蒸着重合は、原料モノマーとして用いられるＰＭＤＡ及びＯＤＡを昇華させてチャンバー内で重合させる方式であるが、良好なポリイミド膜を得るためには、気化させたＰＭＤＡ及びＯＤＡを継続的に一定量チャンバー内に供給する必要がある。しかしながら、ＰＭＤＡはＯＤＡよりも気化する温度が高く、継続して一定量をチャンバー内に供給することは困難であった。
【０００６】
一方、昇華性を有する有機化合物材料を昇華させて成膜する成膜方法として、フラッシュ蒸着法を有機化合物材料の成膜に適用することができるよう改良した成膜方法が開示されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１４１８２１号公報
【特許文献２】特開平５−１１７８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、成膜されたポリイミド膜を半導体素子の一部として用いる場合、緻密で付着性の高い良好なポリイミド膜が要求される。このため、ＰＭＤＡ及びＯＤＡを単に加熱することにより気化させてチャンバー内に供給する方法では、気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡを一定量継続して安定的に供給することが困難であるため、半導体素子の一部として用いることが可能な良好なポリイミド膜を得ることは困難である。
【０００９】
また、引用文献２に記載されているように有機化合物材料を昇華させる方法でも、ＰＭＤＡを変質等させることなく厳密に気化したＰＭＤＡを一定量継続して安定的に供給することは困難である。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ＰＭＤＡを安定的に気化させてチャンバー内に供給することにより、半導体素子を形成する材料としても用いることが可能な良好なポリイミド膜を形成するため成膜装置、気化器、制御プログラム及びコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、チャンバー内に設置された基板に、気化した第１の物質と気化した第２の物質とを供給し反応させることにより前記基板上に第３の物質の膜を形成する成膜装置において、常温では固体である前記第１の物質を気化させて供給するための気化器を有しており、前記気化器は、前記第１の物質の粒子を供給するための供給部と、前記供給部の下部に設けられた段部を有する傾斜状の加熱部と、を有し、前記第１の物質の粒子は、前記段部を有する傾斜状の加熱部において気化されるものであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記加熱部は円錐形状または角錐形状であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記第１の物質の粒子は前記加熱部の円錐形状または角錐形状の頂上部より供給されるものであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記加熱部の各々の段部における水平方向の幅は、前記第１の物質の粒子の平均粒径の１／２以上であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記加熱部の頂上部には凹部が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記加熱部の下端近傍より、窒素または不活性ガスを含むキャリアガスが供給されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記気化器において前記第１の物質が気化し、前記チャンバーへと供給される供給口は、前記キャリアガスの供給口よりも上部に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記第１の物質の粒子の平均粒径は、２５０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記第１の物質はＰＭＤＡであり、前記第２の物質はＯＤＡであり、前記第３の物質はポリイミドであることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記加熱部は、２６０℃以上に加熱されていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、常温では固体の粒子を気化させる気化器において、前記固体の粒子を供給するための供給部と、前記供給部の下方に設けられた段部を有する傾斜状の加熱部と、を有し、前記固体の粒子は、前記段部を有する傾斜状の加熱部において気化されることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、コンピュータ上で動作し、実行時に、前記成膜装置を制御するための制御プログラムであって、前記気化器において前記ＰＭＤＡ粒子の供給量を制御させることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、前記成膜装置を制御するための制御プログラムであり、前記気化器において前記ＰＭＤＡ粒子の供給量を制御させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、原料モノマーとしてＰＭＤＡとＯＤＡを用いて良好なポリイミド膜を形成することが可能な成膜装置、気化器、制御プログラム及びコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施の形態における成膜装置の構成図
【図２】本実施の形態におけるＰＭＤＡ気化器の構成図
【図３】ＰＭＤＡ気化器におけるＰＭＤＡの昇華の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。
【００２７】
本実施の形態は、原料モノマーとしてＰＭＤＡとＯＤＡを用いて蒸着重合によりポリイミド膜を成膜するための成膜装置である。
【００２８】
（成膜装置）
図１に基づき、本実施の形態における成膜装置について説明する。
【００２９】
本実施の形態における成膜装置は、不図示の真空ポンプ等により排気が可能なチャンバー１１内にポリイミド膜が成膜されるウエハＷを複数設置することが可能なウエハポート１２を有している。また、チャンバー１１内には、気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡを供給するためのインジェクター１３及び１４を有している。このインジェクター１３及び１４の側面には開口部が設けられており、インジェクター１３及び１４より気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが図面において矢印で示すようにウエハＷに供給される。供給された気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡは、ウエハＷ上で反応し蒸着重合によりポリイミド膜が成膜される。尚、ポリイミド膜の成膜に寄与しない気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡ等は、そのまま流れ、排気口１５よりチャンバー１１の外に排出される。また、ウエハＷ上に均一にポリイミド膜が成膜されるようにウエハポート１２は、回転部１６により回転するように構成されている。更に、チャンバー１１の外部には、チャンバー１１内のウエハＷを一定の温度に加熱するためのヒーター１７が設けられている。
【００３０】
また、インジェクター１３及び１４は、ＰＭＤＡ気化器２１及びＯＤＡ気化器２２がバルブ２３及び２４を介しそれぞれ接続されており、ＰＭＤＡ気化器２１及びＯＤＡ気化器２２より気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが供給される。
【００３１】
ＰＭＤＡ気化器２１には高温の窒素ガスをキャリアガスとして供給し、ＰＭＤＡ気化器２１においてＰＭＤＡを昇華させることにより気化した状態で供給する。このため、ＰＭＤＡ気化器２１は、２６０℃の温度に保たれている。また、ＯＤＡ気化器２２では、高温の窒素ガスをキャリアガスとして供給し、高温に加熱され液体状態となったＯＤＡを供給された窒素ガスによりバブリングすることにより、窒素ガスに含まれるＯＤＡの蒸気とし、気化した状態で供給する。このため、ＯＤＡ気化器２２は２２０℃の温度に保たれている。ここの後、バルブ２３及び２４を介し、気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡは、インジェクター１３及び１４内に供給され、気化したＰＭＤＡと気化したＯＤＡとが反応し、ウエハＷ上にポリイミド膜が形成される。
【００３２】
従って、本実施の形態における成膜装置では、インジェクター１３及び１４より横方向に、気化したＰＭＤＡと気化したＯＤＡとが噴出し、ウエハＷ上において反応し蒸着重合によりポリイミド膜が成膜される。
【００３３】
（ＰＭＤＡ気化器）
次に、図２に基づき本実施の形態の成膜装置に用いられるＰＭＤＡ気化器２１について説明する。このＰＭＤＡ気化器２１は、ＰＭＤＡ供給部３１と、絞り３２、供給口３３、加熱部３４、キャリアガス導入部３５、気化ＰＭＤＡ供給口３７により構成されている。
【００３４】
ＰＭＤＡ供給部３１では、粒子状のＰＭＤＡ粒子３０が納められており、絞り３２を調節することにより、ＰＭＤＡ粒子３０の供給量が制御され、供給されたＰＭＤＡ粒子３０は、加熱部３４に供給される。このＰＭＤＡ粒子３０の供給は連続的であっても断続的であってもよいが、好ましくは連続的である。加熱部３４は円錐形状に形成されており、斜面には階段状の段部が形成されている。また、加熱部３４は円錐形状の頂上部が、供給口３３からＰＭＤＡ粒子３０が供給される位置となるよう位置が合わされ設置されている。更に、加熱部３４の円錐形状の頂上部には、凹部３６が設けられており、この凹部３６が緩衝部となり、凹部３６に供給されたＰＭＤＡ粒子３０が一定量堆積した後、加熱部３４の段部の形成された斜面に流れる。この後、供給口３３より供給されたＰＭＤＡ粒子３０は階段状の段部でトラップされ、段部が形成されている斜面全体に均一に広がるように構成されている。尚、加熱部３４は円錐形状に限られず、角錐形状であってもよく、少なくとも段部を有する傾斜が形成されていればよい。また、上記の円錐形状、角錐形状には、傾斜が直線的な形状のもの以外にも中腹部分が膨らんだ形状やへこんだ形状等の曲線的な形状のものも含まれる。
【００３５】
このように、均一にＰＭＤＡ粒子３０が広がることにより、加熱部３４全体において均一にＰＭＤＡを昇華させることができ、気化したＰＭＤＡを安定的に供給することができる。また、ＰＭＤＡ供給部３１より供給されるＰＭＤＡ粒子３０が加熱部３４において昇華するＰＭＤＡよりも過剰である場合には、加熱部３４の段部を流れ落ち加熱部３４の外に向かう。よって、ＰＭＤＡを長時間加熱することがないため、加熱によりＰＭＤＡが変質することがなく、気化した純粋なＰＭＤＡを安定的に供給することができる。尚、加熱部３４はＰＭＤＡを昇華させるため全体的に均一に２６０℃に加熱されているが、ＰＭＤＡ粒子３０を安定的に昇華することができれば、２６０℃以上であってもよい。また、加熱部３４の外に向かったＰＭＤＡ粒子３０は、不図示の回収口より回収され、再度ＰＭＤＡ供給部３１より供給される。
【００３６】
ところで、本実施の形態とは異なり、加熱部３４が段部を有する円錐形状に形成されていない場合では、ＰＭＤＡ粒子３０は一定の場所に長時間滞留し、長時間加熱され、ＰＭＤＡは熱により変質してしまう。これにより気化したＰＭＤＡは安定的に供給されないのみならず、変質したＰＭＤＡが異物として気化したＰＭＤＡに混入し供給される場合がある。この場合、ウエハＷ上に成膜されるポリイミド膜の膜質に悪影響を与えてしまう。しかしながら、本実施の形態におけるＰＭＤＡ供給器２１では、加熱により変質したＰＭＤＡが気化したＰＭＤＡに混入することがないため、純粋な気化したＰＭＤＡのみを供給することができる。
【００３７】
以上より本実施の形態におけるＰＭＤＡ気化器２１では、図３（ａ）に示すように、加熱部３４の水平方向における段部の幅Ｄは、少なくとも供給されるＰＭＤＡ粒子３０の平均粒径Ｒの１／２以上で形成されている。これは、段部に確実にＰＭＤＡ粒子３０を留めるためには、段部の幅Ｄは平均粒径Ｒの１／２以上であることを要するからである。即ち、加熱部３４の段部の水平方向の幅（ピッチ）Ｄに対しＰＭＤＡ粒子３０の粒径Ｒが２倍以下（段部の幅ＤがＰＭＤＡ粒子３０の平均粒径Ｒの１／２以上）であれば、段部において一個のＰＭＤＡ粒子３０をトラップすることが可能であるからである。尚、各々の段部にはＰＭＤＡ粒子３０が１個または２個置かれている状態が好ましく、この状態を安定的に保つためには、段部の幅Ｄは、ＰＭＤＡ粒子３０の平均粒径Ｒの３／２以上であることが好ましい。
また、図３（ｂ）には、加熱部３４における段部の幅に対し、極めて細かいＰＭＤＡ粒子３０が加熱部３４の段部にトラップされた様子を示す。この場合、ＰＭＤＡ粒子３０は、階段状の段部を砂が流れるように斜面を流れ供給される。
【００３８】
また、ＰＭＤＡ供給器２１には、キャリアガス導入部３５が設けられており、２６０℃に加熱された窒素ガスが外部より導入されている。これにより、昇華させることにより気化したＰＭＤＡは供給された高温の窒素ガスとともに気化ＰＭＤＡ供給口３７よりバルブ２３を介し、インジェクター１３及び１４に供給される。尚、キャリアガスは、加熱部３４の下部におけるＰＭＤＡ粒子３０の堆積を防ぐために、加熱部３４の下端の近傍部分より供給されることが好ましく、キャリアガスが供給される流速は、供給されたＰＭＤＡ粒子３０が舞い上がらないような流速であることが好ましい。また、気化ＰＭＤＡ供給口３７は、気化したＰＭＤＡを供給するものであることから、キャリアガス導入部３５よりも上部に設けられていることが好ましい。本実施の形態の説明においてはキャリアガスとして窒素ガスを用いた場合について説明したが、キャリアガスはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスであってもよい。
【００３９】
本実施の形態におけるＰＭＤＡ気化器２１は、気化圧力が３００Ｐａであり、供給されるＰＭＤＡ粒子３０の粒径は２５０μｍであり、比重は１．６８×１０３ｋｇ／ｍ３である。また、供給されるキャリアガスである窒素ガスの流量は５００ｓｃｃｍである。加熱部３４の全体の傾斜は４５°であり、段部のピッチは０．５ｍｍであり、加熱部３４全体で９７段の段部が設けられている。この加熱部３４において、２６０°の温度で均一に加熱した場合、１つのＰＭＤＡ粒子３０の昇華時間は約１０秒であった。
【００４０】
また、このＰＭＤＡ気化器２１に用いられるＰＭＤＡ粒子３０の粒径は、２５０μｍ以下であることが好ましく、更には１００〜２５０μｍが好ましい。あまりに粒径が大きいと昇華するまで長時間を要してしまい、ＰＭＤＡが変質してしまうからである。
【００４１】
尚、ＰＭＤＡ気化器２１は、絞り３２によりＰＭＤＡ粒子３０の供給量を制御されるが、不図示のコンピュータで動作する制御プログラムにより制御することも可能である。また、この制御プログラムは、コンピュータにより読み取ることが可能な記憶媒体に記憶させておくことも可能である。
【００４２】
また、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００４３】
１１    チャンバー
１２    ウエハポート
１３    インジェクター
１４    インジェクター
１５    排気口
１６    回転部
１７    ヒーター
２１    ＰＭＤＡ気化器
２２    ＯＤＡ気化器
２３    バルブ
２４    バルブ
２５    導入部
３０    ＰＭＤＡ粒子
３１    ＰＭＤＡ供給部
３２    絞り
３３    供給口
３４    加熱部
３５    キャリアガス導入部
３６    凹部
３７    気化ＰＭＤＡ供給口
Ｗ      ウエハ
【図１】
2010219147.tif 000003
【図２】
2010219147.tif 000004
【図３】
2010219147.tif 000005